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即使在白天,也可以看到奪目的光芒!參宿四將成為超新星爆炸

雖然獵戶座肩膀上參宿四這顆著名的恒星,可能會在未來幾天、幾年、幾百幾千年、乃至100萬年內消亡,但科學家們堅持認為,參宿四變暗是由於恒星的脈動造成,這種現象在紅超巨星中相對常見,參宿四幾十年來壹直被認為屬於這壹類。

巧合的是,加州大學聖巴巴拉分校的研究人員,已經對參宿四這樣恒星脈動爆炸時的超新星亮度做出了預測。物理學研究生賈裏德·戈德伯格與該校卡夫利理論物理研究所(KITP)所長、格魯克物理學教授拉爾斯·比爾斯頓以及KITP高級研究員比爾·帕克斯頓***同發表了壹項研究。

詳細描述了恒星脈動將如何影響隨後發生的超新星爆炸,其研究成果發表在《天體物理學》期刊上。美國國家科學基金會研究生研究員戈德伯格說:我們想知道如果壹顆恒星脈動在不同階段爆炸會是什麽樣子。

早期的模型比較簡單,因為它們沒有考慮脈動的時間依賴效應。當參宿四大小的恒星最終耗盡了在其中心融合物質時,它就失去了阻止其在自身巨大重量下坍塌的外部壓力。由此產生的核心塌陷發生在半秒內,比恒星表面和外層速度要快得多。

當鐵核坍塌時,原子解離成電子和質子。這些結合在壹起形成中子,並在這個過程中釋放出稱為中微子的高能粒子。正常情況下,中微子幾乎不與其他物質相互作用,但例如萬億中微子每秒穿過妳的身體和地球,卻沒有壹次碰撞。也就是說,超新星抱著是宇宙中最強大的現象之壹。在核心坍塌中產生的中微子數量和能量是如此巨大,即使只有很小壹部分與恒星物質碰撞,通常足以發出能夠讓恒星爆炸的沖擊波。

由此產生的爆炸,以驚人的能量撞擊恒星外層,造成的爆炸可以短暫地讓整個銀河系黯然失色。爆炸在大約100天內保持明亮,因為只有當電離氫與失去的電子重新結合成為中性時,輻射才能逃逸。這意味著隨著時間的推移,天文學家可以看到超新星更深的內部,直到來自中心的光線最終得以逃逸。在這壹點上,所有剩下的就是放射性塵埃的昏暗光芒,它可能會持續發光數年。

超新星的特征隨恒星質量、總爆炸能量以及更重要的是其半徑不同而不同,這意味著參宿四的恒星脈動使得預測它將如何爆炸變得相當復雜。研究人員發現,如果整個恒星都在壹致地脈動,超新星的行為就像是參宿四是壹顆半徑給定的靜態恒星壹樣。然而,恒星的不同層可以相互相反地振蕩:外層膨脹,中間收縮,反之亦然。對於簡單的脈動情況,該團隊模型產生了與沒有考慮恒星脈動模型相似的結果。

在恒星脈動的不同位置,看起來就像是壹顆來自較大恒星或較小恒星的超新星。當開始考慮更復雜的脈動時,也就是在物質移入和移出的同時,研究模型確實會產生明顯的差異。在這些情況下,研究人員發現,當光線從爆炸逐漸更深的層泄漏出來時,排放看起來就像是來自不同大小恒星的超新星結果。恒星被壓縮部分發出的光較弱,就像我們對更致密、沒有恒星脈動所期望的那樣。

與此同時,來自當時正在膨脹的恒星部分的光線會顯得更亮,就像它來自壹顆更大、沒有恒星脈動壹樣。戈德伯格計劃與物理學教授安迪·豪厄爾和KITP博士後研究員埃文·鮑爾壹起向美國天文學會研究筆記提交壹份報告,總結他們專門在參宿四上運行的模擬結果。Goldberg還與KITP博士後Benny Chan合作,比較超新星的不同輻射傳輸技術,並與物理學研究生平松大壹合作,將理論爆炸模型與超新星觀測進行比較。